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2019 年度 実施状況報告書

動的モード分解と最適変動励起法によるターボ機械の動特性解明とアクティブ制御

研究課題

研究課題/領域番号 19K04188
研究機関埼玉大学

研究代表者

姜 東赫  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (40610366)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワードPOD / DMD / IFFT / 変動流系
研究実績の概要

二つに分かれて研究を行った.
先ず,動的挙動分析方法として,動的モード分解(DMD, Dynamic Mode Decomposition),固有直交分解(POD, Proper Orthogonal Decomposition), 逆フーリエ変換を用いたモード分解の解法を開発した.さらに,それらの解法を組み合わせた動的モード分解を行い,シロッコファンで発生する空力騒音がボリュート形状による音響共鳴現象であることを明らかにした.
次は,変動流量計を開発した.粘性を無視したオイラー方程式を基に導いた非定常流に適する導出式2つを用いて変動流量を導出した.1つ目は時刻ごとに変動流量を導出する「時間領域の解法」と2つ目は変動流量の複素振幅を導出する「周波数領域の解法」である.実験装置は大まかに定常流発生部,変動流発生部,ベンチュリ管に分けられる.定常流発生部ではブロワより取り入れた空気を,空気タンクを通して直管部に流入させる.変動流発生部では回転数を制御したモータでピストンシリンダ機構を往復運動させ,任意の周波数(入力周波数)の変動を生成する.この際,ピストンの位置はレーザ変位計を用いて検出した.ベンチュリ管では差圧の測定と同時に熱線流速計を絞り部に設置し流速の測定を行った.その結果,非定常運動方程式を用いてベンチュリ菅の差圧から導いた変動流量が,熱線流速計で計測される流量とよく一致することを確認した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

現状,予定通りに進んでいる.

今後の研究の推進方策

まず,ターボ機械の動特性(=性能曲線の応答)のメカニズムを調査する.遠心送風機を対象とする.遠心送風機の羽根車は(後ろ向き羽根,前向き羽根(シロッコファン)2周類を用い,変動流量における羽根車の動特性を調査する.そのため,実験装置を設計・製作し,動的特性が得られる実験装置及び手法を確立する.また,数値計算により,流量変動時における羽根車周りの詳細な流れ場から動特性の原因を調査する.
次は,過渡的流量及び正弦波とずれた矩形変動流量に関する変動流量計の推測精度を調査する.これに対しても実験装置を設計・製作し,実験により確かめる.
最後は,レゾルベント解析を用いて旋回失速時の固有モードを計算し,制御方法を構築し,その制御メカニズムの解明を行う.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2019

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Flow characteristics in a V-shaped region of a suction performance curve in a double-suction centrifugal pump2019

    • 著者名/発表者名
      Donghyuk Kang, Satoshi Yamazaki, Shusaku Kagawa, Byungjin An, Motohiko Nohmi and Kazuhiko Yokota
    • 雑誌名

      International Journal of Fluid Machinery and System

      巻: 12 ページ: 89-98

    • DOI

      https://doi.org/10.5293/IJFMS.2019.12.1.089

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 多翼送風機の低流量運転モードで発生する低周波数騒音に対する時系列PIV解析2019

    • 著者名/発表者名
      川埼真俊,平原裕行,箭内優樹,姜東赫
    • 雑誌名

      ターボ機械

      巻: 47 ページ: 16-26

    • DOI

      https://doi.org/10.11458/tsj.47.4_208

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 実験及び数値計算に基づくヘリカルタービンの性能評価及び理論モデルの提案2019

    • 著者名/発表者名
      堤 寛征,姜 東赫, 平原 裕行
    • 雑誌名

      ターボ機械

      巻: 47 ページ: 22-31

    • DOI

      https://doi.org/10.11458/tsj.47.6_342

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Experimental Investigation of Fluid Mixing Process with Newly Designed Conduit-Type Mixer and Fin- Type Mixer,Journal of Flow Control2019

    • 著者名/発表者名
      Md. Tauhedul Azam, Donghyuk Kang, Hiroyuki Hirahara, Kazuhisa Murata, Yasufumi Shimoji
    • 雑誌名

      Measurement & Visualization

      巻: 7 ページ: 101-110

    • DOI

      10.4236/jfcmv.2019.72008

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Three-Dimensional Theoretical Study on Flow Characteristics of a Spiral-Channel Viscous Micropump2019

    • 著者名/発表者名
      Donghyuk Kang, Koichi Nisibe, Kotaro Sato and Kazuhiko Yokota
    • 雑誌名

      International Journal of Fluid Machinery and System

      巻: 2 ページ: 169-180

    • DOI

      10.5293/IJFMS.2019.12.2.169

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Enhancement of rotating jet by spirally structured vortex tube in centrifugal bladeless mixer flow2019

    • 著者名/発表者名
      Md.Tauhedul Azam, Donghyuk Kang, Hiroyuki Hirahara, Kazuhisa Murata and Yasufumi Shimotsukasa
    • 雑誌名

      Journal of Fluid Science and Technology

      巻: 14 ページ: 1-15

    • DOI

      https://doi.org/10.1299/jfst.2019jfst0010

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Thermodynamic Effect of Tip-Leakage Vortex Cavitation in a Two-Dimensional Hydrofoil with a Tip Clearance for Hot Water2019

    • 著者名/発表者名
      Donghyuk Kang,Daichi Nakai and Yuka Iga
    • 雑誌名

      International Journal of Fluid Machinery and System

      巻: 12 ページ: 368-379

    • DOI

      https://doi.org/10.5293/IJFMS.2019.12.4.368

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 非定常運動方程式を用いたベン チュリ式の流量計の提案2019

    • 著者名/発表者名
      西村尚樹、姜東赫、平原裕行
    • 学会等名
      ターボ機械協会(岡山)講演会&見学会
  • [学会発表] Experimental, Numerical and Analytical Evaluation of a HelicalTurbine Performance2019

    • 著者名/発表者名
      Donghyuk Kang, Hiromasa Tsutsumi and Hiroyuki Hirahara
    • 学会等名
      ASME - JSME - KSME Joint Fluids Engineering Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Investigation of Fluid Mixing Process with Newly Designed Conduit-Type Mixer and Fin- Type Mixer2019

    • 著者名/発表者名
      Wakana Tsuru, Hiroki Shimura , Donghyuk Kang, Kotaro Sato and Kazuhiko Yokota
    • 学会等名
      Proceedings of the 13th Asian International Conference on Fluid Machinery
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental and Numerical Studies of Unsteady Cavitation in a Centrifugal Pump for Visualization2019

    • 著者名/発表者名
      Pin Hu, Junnosuke Okajima, Donghyuk Kang, Motohiko Nohmi and Yuka Iga
    • 学会等名
      Proceedings of the 13th Asian International Conference on Fluid Machinery
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Performance of a Viscosity Micropump using Flagellar Motion2019

    • 著者名/発表者名
      Myu Inagaki, Donghyuk Kang and Hiroyuki Hirahara
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Flow Dynamics
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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